随着微电子技术和信号处理技术的飞速发展,植入电子装置在临床医学中得到越来越广泛的应用。这是一种埋置在生物体或人体内的电子装置,主要用来测量生命体内生理、生化、物化参数的变化,以及诊断、治疗某些疾病(特别是慢性疾病的监测、给药等)。由于是采用植入的方式,所以能量的供给单元就是系统的核心部分之一,它是确保系统长期稳定工作的必要条件。目前,植入电子装置通常采用电池和磁感应耦合技术供电。电池只能一次性使用,一旦超过使用时限,其电能耗尽,只能通过手术进行更换,这一方面加重了患者的经济负担,另一方面也增加其所受的痛苦。磁感应耦合技术可将丰富的体外电能传递到体内植入电子器件,但是由于人体组织的特性,其传导作用使磁感应耦合效率低,为了向植入电子器件提供足够的能量,磁感应耦合的发射线圈必须发射较强的射频功率,它又会对附近的医学设备等形成射频干扰。基于以上能量供给方案缺陷的考虑,本文在体导电植入电子器件的数据通信的基础上,利用生物组织的体导电特性将体外电能跨皮肤地传递到植入电子器件的可充电电池作为重点研究内容。根据体导电能量传递的原理,即采用电极-皮肤单元模型,通过生物组织的传导电流将体外电极(银/氯化银参比电极)的电能耦合到体内电极,并传递到植入电子器件的电池。本课题主要进行了以下几个方面的研究:①阐述了生物组织的导电原理和等效电路,介绍了目前体导电的最前沿技术,即体导电数据通信的技术成果,并且给出了本文所涉及到的能量传递技术方案,最后分析了人体皮肤的结构以及电特性。②为了使充电电流传递效率最佳,进行了电极-皮肤单元的优化研究。在频率一定的条件下,减小电极-皮肤单元的阻抗比,以提高电流传递效率。减小电极皮肤单元的阻抗比的方法是:a.减小电极与皮肤的接触阻抗;b.优化电极的几何形状和电极布局。③采用多物理场耦合有限元分析软件COMSOL Multiphysics建立电极皮肤单元的电磁场数学模型,并用数值计算方法计算皮肤内部的电位和电流。④根据模型在电极面积、电极形状、体外电极中心之间的距离、频率以及皮肤相关参数设定相同情况下,计算体导电电流和能量传递效率,并分析体不同形状及布局的电极对能量传递效率的影响。仿真结果表明,在保证人体安全电流情况下,电流传递效率可达20%,能量传递效率在4%-9%之间,(远大于无铁芯电磁感应能量传递效率)。本课题涉及体导电充电系统的基础研究。体导电充电系统具有无需手术更换电池、消除对附近的医学设备形成射频干扰等优点,具有深远的意义和广阔的应用前景。